Стругът е царят на прецизната форма

Стругът играе много важна роля в човешката история, особено от индустриалната ера насам. Всъщност струговете са едни от най-старите машини, измислени от човека. Без тях машиностроенето и металообработката не биха били същите.

Историческо развитие

Смята се, че устройства, подобни на струг са използвани в древен Египет 1300 години преди новата ера. Струговани артефакти от шести век преди Христа са намерени и в Северна Италия.

Първите документирани стругове обаче датират от по-късен период. При тях ротационното движение се извършвало благодарение на лъково задвижване. За целта се използвал лък, чиято нишка била намотана около обработвания детайл или вала на струга. Майсторът с едната си ръка движил лъка напред-назад, за да върти детайла, а с другата е държал инструмента.

За да се улесни процеса в последствие било приложено крачно задвижване, при което пак била намотана нишка около оста, но стругарят натискал с крака си дъска, закачена за долния край на нишката, докато горнията ѝ край бил закачен за пружинираща люлка, надвиснала над струга. Проблемът при тези задвижвания бил, че винаги имало движение в двете посоки на въртене, което до известна степен затруднявало работата.

Въпреки всичко през през 1595 г. се появил винтонарезния струг на Бесон (Jacques Besson) – една доста специализирана машина. Макар да бил дървен този струг работел с автоматично подаване.

На схемата се виждат противотежестите, благодарение на които се е гарантирало постоянното движение на ножа, за да може да се изработи резба с постоянна стъпка.

С появата на парната машина нейната мощ много бързо била впрегната в произвосвото. Въртящият момент от един стационарен парен агрегат се предавал на валове, разположени в тавана на фабриката. От тези валове посредством ремъци движението се сваляло към машините. При това положение стругът вече можел да се върти в една посока и то с по-голям мощност, което много подобрило производителността.

Точността на изработка се повишила особено много след като британският машиностроител Хенри Модсли изобретил струга с водещ винт и съпорт през 1797 г. Така вече стругът можел да се справя и с обработката на метални детайли.

След масовото въвеждане на електричеството струговете започват да се произвеждат с електромотори, а с развитието на електорниката получават и електронно управление. В началото програмите за машините с ЦПУ се въвеждали на ръка в паметта на машината или се използвали перфоленти.

Стругът ни дава възможност за изработване на всякакви ротационни детайли, като оси, валове, втулки, фланци, винтове, заготовки за изработка на зъбни колела. Подходящи материали за работа са металите, дървесината и специални инженерни полимерни пластмаси.

Принцип на работа

Ротационното движение е в основата на работата на струговете. Характерно за този тип машини е, че инструментът не се върти, а се върти обработваният детайл. Обработките най-често са свързани с отнемане на материал, отрязване, пробиване, назъбване (изработване на накадки), шлифоване, полиране и д.р.

Обстъргването представлява процес, при който се отнема материал от външната страна на детайлите. Разстъргването e процес, при който се увеличава диаметъра на отвори в стругованите детайли. Стругът също така позволява да се извършват закръгления и да се изработват фаски, както и канали, както по външните, така по вътрешните и по челните повърхнини на съответния детайл.

При нормални условия стругът може да достигне от 7-ма до 13-та степен на точност. С диамантени инструменти може да се достигне още по-висока точност, като и грапавостта също намалява. При постигането на точности и гладкост на повърхнините от съществено значение са вибрациите, режимите на рязане, силите на рязане, материала, който се обработва, вида и изработката на инструмента и липсата или наличието на смазочно-охладителна течност.

Стругът прави възможно освен операции с отнемане на материал да се изработват и детайли, чрез деформация. Този процес прилича много на работата с глина и грънчарско колело. На струга се поставя шаблон, по който се притиска парче ламарина. Бладораение на въртенето и настиска от страна на стругаря ламарината се оформя по шаблона, придобивайки желаната форма. Реално 55% от операциите на механичната обработка се изработват на струг.

Изработка на стругови детайли чрез пластична деформация. Вместо нож се използва притискаща ролка.

В процеса на рязане се наблюдават два вида движение. Главното е ротационното движение на обработвания детайл. Другото движение е подавателно, като се извършва от съответния инструмент и е праволинейно. Стругарският нож се движи по две оси X и Z, които са разположени в хоризонталната рабнина. Ножът не се движи вертикално. Чрез струговане на ротационните детайли може да се придаде, цилиндрична, сфетирчна или конусовидна форма.

Видове процеси на струговане

Струговане на плоски повърхнини

• Челно струговане – то може да се раздели на напречно и надлъжно. При първия вариант ножът се движи по ос, перпендикулярна на оста на въртене. При втория се обработват повърхнини, които са перпендикулярни на оста на въртене, но ножът се движи по ос, която е успоредна на оста на въртене.
• Напречно отрязване се извършва от специален, отрезни нож, който се движи перпендикулярно на ротационната ос, докато желаният детайл не се отдели от основния прът.

Струговане на ротационни повърхнини

• При него ножът се движи по надлъжна ос, успоредна на оста на ротация, като отнема материал, намалявайки диаметъра на детайла или изработвайки резба. Ако ножът се придвижва по линия, пресичаща оста на въртене се получава конус.

Струговете се делят на видове по различни критерии

Според разположенбието на главната:

• С вертикална ос – те са по-рядко срещани и се използват предимно за едрогабаритни детайли.
• С хоризонтална ос – най-често срещаните.

Според нивото на автоматизация се делят на:

• Универсални – с ръчно управление,
• Копирни – при тях се поставя шаблонен детайл, която бива обхождана от специално устройство, което прехвърля формата му на обработвания детайл.
• с компютърно управление (CNC) – при тях операторът на машината предварително задава програма за обработка на детайли, като извършва и подходящи настройки на машината преди да премине към производство. При пускане на програмата машината стъпка по стъпка извършва придаването на желаната форна, като сама сменя инструментите си, за да извърши различните операции. Те могат да се оборудват с устройства за фезоване или шлайфане с което увеличават набора от операции, които могат да изпълняват. Операторът на машината трабва да контролира и качеството на изработените детайли.

По начина на управление се делят на:

• Механични;
• Хидравлични;
• Електричеки;
• Електрохидравлични.

Според степента на универсалност се делят на:

• Едноцелеви;
• Многоцелеви.

Според метода на държане на рещия инструмент:

• С ръчно направляване – все още се използват за изработване на дърводелски детайли;
• С водещ винт.

Според начина на закрепване на заготовката се делят на:

• Патронникови;
• Цангови;
• Центрови.

Според броя на детайлите, които могат да се обработват едновременно се разделят на:

• Едновретенни;
• Многовретенни.

В зависимост от метода на закрепване на инструмента се делят на:

• Едноместни;
• Многоместни;
• Револверни;
• Магазинни.

Основни елементи

1. 1. Шпинделна кутия – в нея се намира шпиндела или наричан още вретено. Това е вал, който предава движението от двигателя към патронника. В повечето случаи шпинделът е кух, зада може да се обработват дълги пръти или тръби, които минават през него и се захващат от патронника.
2. Патронник – нарича се още универсал. Той захваща обработвания детайл посредством челюсти, които се стягат с помоща на спезиален ключ или дриг механизъм.
3. Предпазен щит на шпиндела – служи за защита на стругаря от летящи стружки или от самия детайл, захватът се отпусне по време на работа.
4. Ножодържач – на него се закрепват стругарските ножове. В повечето случай на един държач могат да се поставят няколко ножа, но едновременно не може дасе използва повече от един нож.
5. Щит на работната зона.
6. Задно седло – на него се поставят патронници, свредла или въртящи се центри с конусни опашки. Оста на задното седло е на една линия с оста на шпиндела. То е подвижно и може да се приближава или отдалечава от патронника. Може да се фиксира и на определено място, най-често когато се използва, като опора на по-дълги детайли.
7. Задвижващ винт – благодарение на него се осъществява синхронизиране между движението на супорта и въртенето на шпиндела при така наречения самоход. Така се изработват резби с постоянна стъпка
8. Зъбен гребен – подпомага движението на съпорта при въртене на ръка
9. Задвижващ вал – предава движение за движение на съпорта
10. Корпус
11. Лост за включване на главното движение – с негова помощ може да се променя и посоката на въртене на шпиндела
12. Горна шейна – на нея се поставя ножодържателя, като тя може да се отклонява под ъгъл спрямо оста на шпиндела, което се използва за изработка на конуси
13. Лост за включване на подавателното движение – при задействането му съпортът или напречната шейна започват да се движат в опрелена посока със скорост, предварително избрана според подаването
14. Напречна шейна – благодарение на нея ножът извършва перпендикулярно движение спрямо шпиндела
15. Съпортна кутия – това е подвижен елемент, който извършва надлъжно движение, за него може да се закача и задното седло, като по този начин се извършва разпробиване на ротационни детайли. За гарантиране на прецизността на обработката супортът се движи по направляващи, които представляват прецизно обработени и шлифовани прави линии от корпуса. Наричат се още и паралели. Движението на супортната кутия може да е ръчно или автоматично.
16. Подавателна кутия – с нейна помощ се резлизират различни скорости на въртене
17. Ръкохватки за регулиране на подаването – при промяна на положението им се реализира различно подаване, което се измерва с милиметра преместване на супорта при един оборот на шпиндела (вретеното)
18. Ръкохватки за регулиране на подаването – при промяна на положението им се реализира различно подаване, което се измерва с милиметра преместване на супорта при един оборот на шпиндела (вретеното)
19. Ръкохватки за регулиране на оборотите на шпиндела

За извършване на различните операции стругът използва режещи инструменти, наречени стругарски ножове. Освен тях за обработка се използват свредла, метчици, плашки и д.р.

Стругът има два най-основни параметра: максимален диаметър на детайла, който може да обработва и разстояние между патронника и задното седло.

Струговането се числи към студените обработки на материалите. При рязането с режещия инстумент се отделят частици, които се наричат стружки. Скоростта на въртене се определя от материала, желаната грапавост на повърхнините и търсената точност на детайлите и разбира се от качеството на стругарския нож.

Режим на рязане се нарича комбинацията от одороти на шпиндела и скоростта на преместване на супорта/стругарския нож (подаването). В зоната на контакт на ножа с детайла се получава голямо триене при стружкоотнемането, като се развиват високи температури. Поради тази причина е необходимо да се осигури постоянно обливане на ножа със смазочноохлаждаща течност, наричана борьол. Струговете имам система за събиране, филтриране и повторното използване на течността.

Струговете изработват детайли с най-различно предназначение. Поради тази причина има стругове с различни размери. Най-малките са настолни и се наричат часовникарски, а най-големите се наричат кароселни и са с вертикален шпиндел, като на тях се обработват детайли с много големи размери. На такива стругове например се престъргват ротационните фланци на танковите куполи.

Изтеглянето на струг наподобява на оформянето на глина.